Wie führt man eine Qualitätsprüfung nach dem Metall-3D-Druck durch?

一, Zerstörungsfreie Prüftechnologie: Dinge von außen betrachten, um interne Fehler zu finden
Die Qualität des Metall-3D-Drucks lässt sich hauptsächlich durch zerstörungsfreie Tests (NDT) überprüfen, mit denen interne Fehler gefunden werden können, ohne die Struktur der Artikel zu beeinträchtigen. Basierend auf unterschiedlichen Erkennungsprinzipien können die gängigsten Technologien in vier Gruppen eingeteilt werden:
1. Mikro-CT oder industrielle Computertomographie
Mikro-CT verwendet Röntgenstrahlen, um Teile zu durchdringen und Daten aus mehreren Winkeln zu erhalten. Nach der Rekonstruktion durch einen Computer entstehen dreidimensionale tomografische Bilder, die Fehler mit einer Auflösung von Mikrometern finden können. Ein Mikro-CT-System mit einer 450-kV-Röntgenquelle kann Poren mit einem Durchmesser von 0,02 mm in einem Zylinderkopf aus Aluminiumlegierung finden und Dinge wie Porosität und Risslänge messen. Seine Hauptvorteile sind:
Vollständige Dimensionsprüfung: Kann sowohl innere Fehler (wie Risse und Poren) als auch äußere geometrische Aberrationen (wie Wandstärke und Verformung) in Teilen gleichzeitig erkennen.
Quantifizierung mit hoher Genauigkeit: Die 3D-Rekonstruktionstechnologie kann die Größe, Lage und Verteilungsdichte von Fehlern korrekt einschätzen.
Berührungsloser-Betrieb: Beschädigen Sie Präzisionsteile nicht mehr.
2. Röntgenprüfung (RT)
Gemäß der Norm GB/T 35351 für „Zerstörungsfreie Prüfung metallischer Werkstoffe - Durchstrahlungsprüfung werden bei der Durchstrahlungsprüfung interne Fehler ermittelt, indem die Veränderungen in der Art und Weise untersucht werden, wie Röntgen- oder Gammastrahlen durch Teile dringen. Beispielsweise können bei der Prüfung von Flugblättern aus Titanlegierungen mithilfe radiografischer Tests Nicht{4}Fusionsprobleme zwischen den Schichten festgestellt und die Erkennungsempfindlichkeit mithilfe von Bildqualitätsindikatoren (IQI) gemessen werden. Es gibt einige Probleme, wie zum Beispiel:
Einschränkung der Durchdringungsfähigkeit: Materialien mit hoher -Dichte, wie Wolframlegierungen, benötigen energiereiche Strahlungsquellen;
Einschränkungen der zwei-dimensionalen Bildgebung: Überlappende Projektionen können Probleme in komplizierten Strukturteilen verbergen.
3. Prüfung mit Schallwellen (UT)
Ultraschallprüfungen nutzen die Art und Weise, wie hochfrequente Schallwellen abprallen und sich durch Teile bewegen, um oberflächennahe Fehler wie Risse und Einschlüsse zu finden. Beispielsweise kann die Phased-Array-Ultraschalltechnologie (PAUT) mithilfe von Mehrelementsonden Fehler in Formen aus 316L-Edelstahl schnell finden und fotografieren. Einige seiner Merkmale sind:
Sehr empfindlich: kann Risse von nur wenigen Mikrometern erkennen;
Richtungsabhängigkeit: Der Winkel des Tasters muss genau auf die Geometrie des Teils abgestimmt sein.
4. Prüfung mit Laser-Ultraschall (LUT)
LUT setzt Laserimpulse ein, um Spannungswellen auf der Oberfläche von Teilen zu bewegen, und findet Fehler, indem es untersucht, wie sich Schallwellen durch sie bewegen. Das Team der Nanyang Technological University hat ein Laser-Ultraschallsystem entwickelt, das Risse in Titanlegierungsteilen in 15 Minuten mit einer Auflösung von 0,1 mm finden kann. Diese Methode eignet sich gut, um schwierige gebogene Teile online zu finden.
2, Überprüfung der Qualität der Oberfläche, von der Mikrostruktur bis zur makroskopischen Form
Die Oberflächenqualität von 3D-Druckprodukten aus Metall hat direkten Einfluss darauf, wie lange sie halten und wie gut sie Korrosion widerstehen. Bei der Oberflächeninspektion sollten folgende Maße überprüft werden:
1. Messung der Rauheit der Oberfläche
Um die arithmetische mittlere Abweichung (Ra) des Oberflächenprofils des Teils zu ermitteln, verwenden Sie ein Oberflächenrauheitsmessgerät wie die MarSurf-Serie. Beispielsweise liegt der Oberflächen-Ra-Wert von Ti6Al4V-Titanlegierungsteilen, die mit der SLM-Methode hergestellt werden, normalerweise zwischen 6 und 10 μm. Um die Luftfahrtnormen zu erfüllen, muss dieser Wert durch elektrolytisches Polieren auf unter 0,8 μm gesenkt werden.
2. Analyse der Mikrostruktur
Verwenden Sie Rasterelektronenmikroskopie (REM), um die Kornstruktur, Phasenzusammensetzung und Defektmorphologie der Teile zu untersuchen. Heißisostatisches Pressen (HIP) kann die Form von Objekten aus Aluminiumlegierung verändern, und REM-Fotos können dies belegen.
3. Testen der chemischen Zusammensetzung
Um herauszufinden, welche Chemikalien in den Stücken enthalten sind, verwenden Sie ein Röntgenfluoreszenzspektrometer (XRF) oder ein induktiv gekoppeltes Plasma-Massenspektrometer (ICP-MS). Überprüfen Sie beispielsweise die Gehaltsabweichung von Cr, Co, W und anderen Elementen in Nickel-basierten Hochtemperaturlegierungen, die 3D-gedruckt wurden, um sicherzustellen, dass sie der Norm ASTM F3001 entsprechen.
3, Testen der mechanischen Leistung: Überprüfen, wie viel Gewicht Teile tragen können
Es ist wichtig, die mechanischen Eigenschaften von 3D-gedruckten Metallobjekten zu überprüfen, um sicherzustellen, dass sie den Anforderungen entsprechen:
1. Zugfestigkeit prüfen
Der GB/T 228.1-Standard besagt, dass eine Universalprüfmaschine verwendet werden soll, um die Zugfestigkeit (Rm), die Streckgrenze (Rp0,2) und die Dehnung (A) der Teile zu prüfen. Beispielsweise muss der Rm von 17-4PH-Edelstahlteilen, die mit der SLM-Methode hergestellt wurden, 1000 MPa oder mehr betragen.
2. Testen Sie auf Ermüdung
Verwenden Sie eine rotierende Biegeermüdungsprüfmaschine wie eine R-R-Prüfmaschine, um zu sehen, wie lange Teile halten, wenn sie zyklischer Belastung ausgesetzt sind. Beispielsweise müssen Befestigungselemente für die Luftfahrt zehn Belastungstestzyklen durchlaufen und die Rissausbreitungsrate muss weniger als 1 × 10⁻⁶ mm/Zyklus betragen.
3. Härteprüfung
Sie können einen Vickers-Härteprüfer (HV) oder einen Rockwell-Härteprüfer (HRC) verwenden, um herauszufinden, wie hart die Oberfläche von Gegenständen ist. Beispielsweise benötigen Turbinenschaufeln Teile aus Inconel 718, die beim Drucken mit der DMLS-Technologie einen HV-Wert von 450–500 aufweisen.
4, Branchenpraxis: Trends in Standardisierung und Intelligenz
1. Aufbau eines nationalen Standardsystems
Die drei nationalen Standards für den 3D-Druck (GB/T 35351-2025, GB/T 45675-2025 und GB/T 45667-2025), die im September 2025 in Kraft traten, bieten der Branche eine einzige Möglichkeit, die Qualität zu beurteilen. GB/T 45675 legt beispielsweise fest, wie die Oberflächenrauheit von SLM-Teilen zu beurteilen ist, und verlangt, dass der Wiederholbarkeitsfehler der Ra-Wert-Erkennung kleiner oder gleich 5 % sein muss.
2. Einsatz intelligenter Erkennungstechnologien
Der Einsatz von maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz macht die Erkennung effizienter. Beispielsweise hat die Nanyang Technological University ein auf optischer Bildgebung-basiertes Kristallorientierungsanalysesystem entwickelt, das die Mikrostrukturbewertung von Teilen aus Titanlegierung in nur 15 Minuten abschließen kann und nur 1/10 der REM-Methode kostet.
3. Qualitätskontrolle für den gesamten Prozess
Führende Unternehmen haben ein geschlossenes {0}Loop-System für „Feedback zu Design-Drucktests“ eingerichtet. GE Aviation hat beispielsweise seine SLM-Ausrüstung um ein In-{2}}In-situ-Überwachungssystem erweitert. Dadurch können sie die Laserintensität und Scangeschwindigkeit in Echtzeit ändern, wodurch die Ausfallrate von Komponenten von 8 % auf weniger als 0,5 % gesenkt werden konnte.